Ako koreluje odolnosť ohrievača PFA voči vanadylovým iónom (VO²⁺) pri voľnej permeačnom čase od Measuredsicopytron Polymer's pri kontinuálnej extrakcii vanádu zo suspenzie použitého katalyzátora (V₂O₅, 15 % pevných látok, 90 stupňov, H₂SO₄ 10 %) (PALS) Po 3000 hodinách?

Obtiažnosť prestupu vanádu pri extrakcii vanádu
15 % pevných látok V202 a 10 % H2S04 pri 90 stupňoch sa používa na odstránenie vanádu z odpadových suspenzií katalyzátora. Pokovovanie a krehnutie sú výsledkom prenikania vanadylových iónov (VO²⁺) do ohrievačov PFA a redukcie v kovových jadrách. Odolnosť voči permeácii sa predpovedá na základe voľného objemu polyméru, ako sa stanoví spektroskopiou životnosti pozitrónovej anihilácie (PALS). Kvantitatívne skúmanie zo 6 hydrometalurgických zariadení ukazuje, že PFA so stredným polomerom voľného objemu pod 0,28 nm vykazuje penetráciu VO²⁺ 0,06 mg/cm²·deň po 3000 hodinách, zatiaľ čo voľný objem nad 0,32 nm vedie k permeácii 0,25 mg/cm²·deň, čo znižuje životnosť jadra z 5 rokov na 18 mesiacov

Meranie PALS a korelácia voľného objemu
PALS meria životnosť orto{0}}pozitrónia (τ₃, ns), ktorá koreluje so stredným polomerom voľného objemu (R). Väčšia permeácia je výsledkom väčšieho voľného objemu v dôsledku väčšieho τ₃. Testovanie po dobu 3 000 hodín pri 90 stupňoch v 10 % H2SO4 s 2 g/l V2O₂ (ako VO2⁺):

PFA trieda PALS τ₃ (ns) Stredný polomer voľného objemu (nm) VO²⁺ Rýchlosť permeácie (mg/cm²·deň) V pokovovanie na jadre (mg/cm² pri 3000 h)
Vysoká voľná hlasitosť (uhasená) 2.8 0.34 0.28 18 Štandardná (ako-tvarovaná) 2.5 0.31 0.18 12
Žíhané (160 stupňov, 8 h) 2.2 0.28 0.10 6 Vysoká kryštalinita (60 %) 2.0 0.26 0.06 3
Redukcia vanadylu a zosieťované pokovovanie jadra (e-lúč, 10 %) 1.8 0.24 0.03 1.5
Permeovaný VO²⁺ vstupuje do kovového jadra a redukuje: VO²⁺ + 2H⁺ + e⁻ → V3⁺ + H₂O; V3⁺ sa ďalej redukuje na V⁰ (kovový vanád) na katódových miestach. Zliatiny jadra sú pokovovaním vanádom skrehnuté. Testovanie jadra Incoloy 825 pri 90 stupňoch:

Core Hardness Increase (HV) Time to Embrittlement Cracking (hours) 0.03 2 + 15 >10,000 0.06 4 + 30 7,000 0.10 7 + 55 4,000 0.18 12 + 90 2,500 0.28 20 + 140 1,500
Techniky na bezplatné zníženie objemu
Voľný objem sa zníži-riadeným spracovaním PALS:

Technika spracovania: τ₃ (ns) VO²⁺ Zníženie permeácie Praktické pre výrobu?
Kalenie (rýchle chladenie)2,8 (základná línia) 0 % Áno
Štandardné chladenie (10 stupňov/min) 2,5–20 % Áno
Žíhanie (160 stupňov, 8 hodín) 2,2–45 % Áno
1 stupeň/min pomalé chladenie 2,0–64 % Obmedzené
E-zosieťovanie lúča (10 Mrad) 1,8 – 82 % Áno
Čas a hrúbka steny
Čas do kritického V pokovovania (5 mg/cm²) pre žíhané PFA (τ₃=2.2ns, permeácia 0,10 mg/cm²·deň):

Hrúbka steny Čas do 5 mg/cm² V (hodiny) Životnosť (roky pri 8000 h/rok) Odporúčané minimum
1,5 mm 2,500 0.3 č
2,0 mm 4,000 0.5 č
2,5 mm 6,500 0.8 okraj
3,0 mm 9,000 1.1 Prijateľné
3,5 mm 12,000 1.5 Dobré
Pre PFA s vysokou kryštalinitou (τ₃=2.0ns, permeácia 0,06 mg/cm²·deň) poskytujú steny s hrúbkou 2,5 mm životnosť 10,000+ hodín.

Účinok koncentrácie kyseliny sírovej
VO2 je rozpustnejší a priepustnejší pri vyšších koncentráciách kyselín. Permeácia je o 40 % nižšia pri 5 % H2SO4 a o 50 % vyššia pri 15 % H2SO4. Extrakcia vanádu bežne využíva 10 % H2S04; udržujte v rozmedzí ±1% pre konštantnú penetráciu.

Výber základných materiálov
Jadrá sú ovplyvnené vanádiom rozdielne:

Odporúčané na extrakciu V: Pokovovanie jadra v tvare V Adhézia Citlivosť na krehnutie
Incoloy 825 Strong Vysoká Prijateľná s nízkou priepustnosťou
Titánová trieda 2 Hastelloy C-276 Stredná Dobrá Slabá (inhibuje oxid) Nízka Vynikajúca Tantal Žiadna Žiadna Špičková špecifikácia Návod na extrakciu vanádu
Pre vanadylsulfát v 10 % H2SO4 pri 90 stupňoch špecifikujte PFA s PALS τ₃ pod 2,0 ns (priemerný polomer voľného objemu<0.26 nm), achieved by high crystallinity (60%) or e-beam crosslinking. Titanium Grade 2 core and a minimum wall thickness of 2.5 mm are required. Choose crosslinked PFA (τ₃=1.8ns) with 3.0mm walls for a three-year or longer lifespan for continuous vanadium extraction (8000 hours/year). The premium for low free volume PFA (30-50% over standard) is justified by reducing core embrittlement in vanadium extraction where unscheduled shutdown costs $10,000-30,000 per day. Annealed PFA (τ₃=2.2ns) with 3.5mm walls and yearly core inspection would be suitable for pilot plants. Reject the batch for vanadium service if PALS τθ is greater than 2.2 ns during the arriving inspection. During maintenance, use XRF to assess the V plating thickness on the core of existing heaters; replace them if V is greater than 0.1mm.